KARELIA-AMMATTIKORKEAKOULU Maaseutuelinkeinojen koulutusohjelma. Jari Heinonen. Uusiutuvan energian käytön kannattavuus viljankuivauksessa

Transkriptio

1 KARELIA-AMMATTIKORKEAKOULU Maaseutuelinkeinojen koulutusohjelma Jari Heinonen Uusiutuvan energian käytön kannattavuus viljankuivauksessa Opinnäytetyö Toukokuu 2013

2 OPINNÄYTETYÖ Toukokuu 2013 Maaseutuelikeinojen koulutusohjelma Sirkkalantie 12 A Joensuu Puh. (013) Tekijä Jari Heinonen Nimeke Uusiutuvan energian käytön kannattavuus viljankuivauksessa Tiivistelmä Tässä opinnäytetyössä tutkittiin viljankuivauksen kannattavuutta kolmella erilaisella maatilalla, kun kuivauksessa käytettävä energia tuotetaan uusiutuvalla energialla. Toteutettu työ oli tapaustutkimus, jossa tarkasteltiin viljankuivauksen kannattavuutta, kun siirrytään käyttämään haketta polttoöljyn sijaan. Tutkimuksessa laadittiin kustannuslaskelmat erilaisille lämmöntuotanto vaihtoehdoille kahdelle maatilalle. Lämmöntuotanto vaihtoehtoina olivat ilmauuni-,etu-uuni-, 500 kw:n ja 1 MW:n lämpökeskusratkaisut. Lisäksi tässä opinnäytetyössä tarkasteltiin lisälämmön käytön kannattavuutta kylmäilmakuivurissa. Lähtötilanteen eri vaihtoehtojen kannattavuutta tarkasteltiin herkkyysanalyysien avulla, joissa tutkittiin kuivattavan viljamäärän, polttoöljyn hinnan ja poiston vaikutusta investointien kannattavuuteen. Laskelmat osoittivat, ettei kohdemaatilojen kannata muuttaa lämminilmakuivureita käyttämään uusiutuvaa energiaa tonnin kuivausmäärillä. Sen sijaan lisälämmön käyttö kylmäilmakuivurissa on kannattavaa jo 60 tonnin kuivausmäärällä. Kieli Suomi Sivuja Asiasanat Bioenergia, hake, viljankuivaus

3 THESIS May 2013 Degree Programme in Rural Industries Sirkkalantie 12 A 2 FIN Joensuu Tel Author Jari Heinonen Title The Profitability of Using Renewable Energy in Grain Drying Abstract The subject of this thesis was to examine the profitability of grain drying at three different types of farms when the energy used in the drying process is renewable energy. The research was conducted by using a case study where the profitability of changing fuel oil into wood chips when drying grain was examined. Cost calculations were made for different types of heat production options on two farms. The options for the heat production were heater, Arska front chamber, 500 kw heating plant and 1 MW heating plant. The profitability of using additional heat in cold air dryer was also examined in this study. The profitability of the starting point options was examined with the help of sensitivity analyses, where the effect of the amount of dryed grain, cost of the fuel oil and depreciation was studied. The calculations revealed that using renewable energy to power the warm heat dryers is not profitable when drying the amounts of 600 to 800 thousand kilograms. Instead, using additional heat in the cold air dryers is profitable when drying amounts as low as 60 thousand kilograms. Language Finnish Pages Key words Bioenergy, wood chips, grain drying

4 Nimiö Tiivistelmä Abstract Sisällys 1 Johdanto Tietoperusta ja käsitteiden määrittäminen Viljan kuivauksen taustaa Kuivurityypit Polttoainevaihtoehdot Lämmitysvaihtoehdot Aiemmat tutkimukset Tutkimuksen tarkoitus ja tavoitteet sekä tutkimuskysymykset Tarkoitus ja tavoitteet Aiheen rajaus Tutkimusongelmat Tutkimuksen toteuttaminen Aineisto Marjatila Marjatilalle soveltuvat laitteistovaihtoehdot Marjatilan Vaihtoehtojen vertailu Sikatila Sikatilalle soveltuvat laitteistovaihtoehdot Sikatilan vaihtoehtojen vertailu Lypsykarjatila Lypsykarjatilan viljankuivaus vaihtoehdot Lypsykarjatilan vaihtoehtojen vertailu Tulokset Marjatilan tulokset ja herkkyysanalyysi Sikatilan tulokset ja herkkyysanalyysi Lypsykarjatilan tulokset ja herkkyysanalyysi Toimenpidesuositukset ja jatkotutkimusaiheet Marjatilan toimenpidesuositukset Sikatilan toimenpidesuositukset Lypsykarjatilan toimenpidesuositukset Vertailu aiempiin tutkimuksiin Jatkotutkimusaiheet Lähteet Liitteet Liite 1. Kuvat ja taulukot Kuva 1. Ilmauuni (Anttiteollisuus 2013.) Kuva 2. Etu-uuni (Arska-metalli 2013) Kuva 3. Lämpökeskusratkaisu(Biofire 2013) Kuva 4. Radiaattori, jonka läpi ilma johdetaan kuivurin koneistoon. (Anttiteollisuus 2013.) Kuva 5. Lämpökeskuksen mahdollinen sijoituspaikka

5 Kuva6. Uuden lämpökeskuksen mahdollinen sijoituspaikka Taulukko 1. Taulukko 2. Taulukko 3. Taulukko 4. Taulukko 5. Taulukko 6. Taulukko 7. Taulukko 8. Taulukko 9. Taulukko 10. Taulukko 11. Taulukko 12. Taulukko 13. Taulukko 14. Taulukko 15. Taulukko 16. Marjatilan laskelmassa käytetyt yleiset lähtöarvot Marjatilan laskelmissa käytetyt lähtötiedot Sikatilan laskelmassa käytetyt yleiset lähtöarvot Sikatilan laskelmissa käytetyt lähtöarvot Lypsykarjatilan laskelmissa käytetyt yleiset lähtöarvot Lypsykarjatilan laskelmissa käytetyt lähtöarvot Marjatilan vaihtoehtojen vertailu Marjatilalla vuosittain kuivattava viljamäärä Polttoöljyn hinnan vaikutus marjatilalla Poistoajan vaikutus marjatilalla Sikatilan vaihtoehtojen vertailu Sikatilalla kuivattava viljamäärä Polttoöljyn hinnan vaikutus sikatilalla Poiston vaikutus sikatilalla Lypsykarjatilan vaihtoehtojen vertailu Lypsykarjatilalla kuivattava viljamäärä

6 6 1 Johdanto Suomessa on lyhyt kasvukausi verrattuna Etelä- ja Keski-Eurooppaan. Kasvukausi riittää Suomessa kuitenkin lähes samojen kasvien viljelyyn kuin Etelä- Euroopassa. Lyhyemmän kasvukauden johdosta viljasato joudutaan korjaamaan huonommissa olosuhteissa, jolloin sato joudutaan käsittelemään ennen varastointia. Varastointivaihtoehtoina on kuivaus tai tuoresäilöntä. Kuivauksen etuna on, ettei se rajoita sadon myöhempää käyttöä samalla tapaa kuin tuoresäilöntä. Vuosi 2012 oli normaalia sateisempi ja viljasatoa jouduttiin kuivaamaan tavanomaista enemmän. Polttoöljyn hinta vaihtelee suuresti, ja kuivaus muodostuukin suurimmaksi muuttuvaksi kuluksi tällaisina vuosina. Tämän seurauksena on viime aikoina puhuttu paljon viljankuivauksessa käytettävän polttoöljyn korvaamisesta uusiutuvalla energialla. Opinnäytetyön tarkoituksena on selvittää uusiutuvan energian käytön kannattavuutta kolmella maatilalla. Kahdella maatilalla on noin 200 hehtaaria viljelyalaa, joten vuosittain kuivattavat viljamäärät ovat varsin suuria. Tilojen talouskeskuksessa on lisäksi muitakin lämmityskohteita, jotka otetaan laskelmiin mukaan. Kolmannella tilalla on 100 kw:n lämpökeskus, jonka tuottamaa lämpöä harkitaan käytettäväksi kylmäilmakuivurin lisälämpönä. Laskelmien pohjalta laaditaan tiloille toimenpidesuositukset, joista selviää eri vaihtoehtojen kannattavuus. Tämä aihe on valittu opinnäytetyön aiheeksi, koska se on ajankohtainen ja tuloksia voi osittain hyödyntää oman kotitilan viljan kuivauksen suunnittelussa. Toimeksiantajana opinnäytetyössä toimii Pellot tuottamaan hanke. Opinnäytetyön ohjaajana toimii Juha Kilpeläinen ja tarkastajana Eeva-Liisa Juvonen.

7 7 2 Tietoperusta ja käsitteiden määrittäminen 2.1 Viljan kuivauksen taustaa Viljankuivaus perustuu ilman vedensitomiskykyyn. Lämmin ilma pystyy sitomaan enemmän vettä kuin viileä ilma, jolloin kuivuminen on tehokkaampaa. Viljan kuivausprosessissa vettä irrotetaan jyvästä ja jyvän pinnalta lämpöenergiaa apuna käyttäen. Kuivaukseen tarvittava energia voidaan ottaa joko ulkoilman lämmöstä tai tuottaa kuivuriuunilla. Vilja tulee kuivata alle 14 %:n kosteuteen, että viljan säilyy varastossa pilaantumatta. (Koskiniemi 2009.) 2.2 Kuivurityypit Lämminilmakuivurit voidaan jakaa kahteen ryhmään, erä- ja jatkuvatoimisiin kuivureihin. Eräkuivuri on yleisimmin Suomessa käytetty kuivuri. Siinä viljaa kierrätetään elevaattorin avulla kuivaussiilossa, johon johdetaan lämmintä ilmaa. Vilja kiertää koneistossa niin kauan, että se on tarpeeksi kuivaa. Viljan kuivuttua vilja jäähdytetään varastointia varten jatkamalla ilman puhallusta. Viljan jäähdyttyä se voidaan tyhjentää varastosiiloon. (ProAgria Maaseutukeskusten Liitto 2005.) Jatkuvatoiminen kuivuri on rakenteeltaan samanlainen kuin eräkuivuri, mutta siinä on lisäksi toinen elevaattori, joka siirtää kuivuneen viljan varastoon. Jatkuvatoimisessa kuivurissa toinen elevaattori syöttää kosteaa viljaa kuivurin koneistoon, jossa se kuivuu ja poistuu alakautta toisen elevaattorin kautta varastoon. Jatkuvatoimisessa kuivurissa vilja kiertää vain kerran koneiston läpi. Märkänä syksynä vilja saatetaan joutua kuivaamaan toiseen kertaan jatkuvatoimisessa kuivurissa, sillä se ei välttämättä ehdi kuivua riittävästi. (ProAgria Maaseutukeskusten Liitto 2005.) Kylmäilmakuivurissa käytetään suoraan ulkoilmaa, jolloin kuivauksessa tarvittava ilmamäärä on huomattavasti suurempi kuin lämminilmakuivauksessa, jotta

8 8 kuivuminen olisi riittävän tehokasta. Kylmäilmakuivureiden etuna lämminilmakuivureihin verrattuna ovat suuri vastaanottokyky, pienemmät investointi- ja energiakustannukset ja kuivauslaarien käyttö viljan varastointitilana. Viljan kuivaaminen kauppakelpoiseksi ei kaikkina syksyinä ole mahdollista kylmäilmakuivurissa, jos ei käytetä lisälämpöä kuivauksessa. Pienikin kuivauslämmön nosto lyhentää kuivausaikaa jopa puolella. Kylmäilmakuivurissa viljaa ei kierrätetä kuivauksen aikana, vaan kuivuminen alkaa pohjalta ja etenee kohti pintaa. Viljakerroksen tulee olla riittävän ohut, että pinnan viljan kosteus saadaan laskettua alle 20%:iin viidessä päivässä. (ProAgria Maaseutukeskusten Liitto 2005, ) 2.3 Polttoainevaihtoehdot Kevyt polttoöljy on viljan lämminilmakuivauksessa yleisimmin käytetty energian lähde. öljyn suuret hinnan vaihtelut ovat saaneet viljelijät miettimään vaihtoehtoisia polttoaineita viljankuivaamiseksi (Koskiniemi 2009). Metsähake on yleisnimitys polttoaineelle, jota valmistetaan kokopuusta, rangasta, ainespuusta, pienpuusta tai hakkuutähteistä. Hake leikataan koneellisesti pieniksi tasakokoisiksi paloiksi. (Hake 2013). Puupelletti Valmistettu sahanpurusta tai höylälastuista puristamalla sylinterin muotoon, halkaisijaltaan alle yhden senttimetrin. (Puupelletti 2013). 2.4 Lämmitysvaihtoehdot Ilmauuni tuottaa suoraan lämmintä ilmaa (kuva 1), joka voidaan puhaltaa kuivurin koneistoon (Koskiniemi 2009).

9 9 Kuva 1. Ilmauuni (Anttiteollisuus 2013) Etu-uunissa on kiinteälle polttoaineelle soveltuva poltin ja tulipesä (kuva 2). Etu-uuni sijoitetaan tavallisen öljyuunin etupuolelle, josta pakokaasut johdetaan suoraan öljyuunin poltinaukkoon. Vanhaa öljyuunia käytetään tässä tapauksessa lämmönvaihtimena (Arska-metalli 2013). Kuva 2. Etu-uuni (Arska-metalli 2013) Radiaattori eli patteriratkaisussa lämmitetään lämpökeskuksessa ensin vettä, jota kierrätetään radiaattorissa (kuva 4). Lämpökeskuksen tuottamaa lämpöä

10 10 voidaan käyttää muissakin lämmityskohteissa (kuva 3). Radiaattorin läpi kulkenut ilma sitoo itseensä lämpöä, joka voidaan hyödyntää kuivurissa. (Koskiniemi 2009.). Radiaattori on lämmityspatteri, jossa lämmönluovutus ympäröivään ilmaan tapahtuu sekä konvektion että säteilyn avulla. Lämmönsiirtymistapaan vaikuttaa radiaattorin rakenne. (Oulun seudun ammattiopisto 2008.) Kuva 3. Lämpökeskusratkaisu( Biofire 2013). Kuva 4. Radiaattori, jonka läpi ilma johdetaan kuivurin koneistoon. (Anttiteollisuus 2013.) 2.5 Aiemmat tutkimukset Aiheesta on tehty useita tutkimuksia, mutta mikään ei ole suoraan sovellettavissa toiselle tilalle, vaan tutkimukset joudutaan tekemään tapauskohtaisesti. Aihetta on yleisesti tutkinut muun muassa Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskuksen tutkijat Timo Lötjönen ja Pellervo Kässi. Tutkimuksen investointi las-

11 11 kelmissa on vertailtu kiinteää polttoainetta ja polttoöljyä käyttävien lämmitysjärjestelmien kassavirtoja eri polttoaine hinnoilla. Tutkimuksessa oli kiinteällä polttoaineella toimiva järjestelmä saatu kannattavaksi polttoöljyn hinnan ollessa 66 snt/l, kun järjestelmän veroton hankinta hinta oli noin Energian hintana oli käytetty 20 /MWh:lta. (Lötjönen & Kässi 2013.)

12 12 3 Tutkimuksen tarkoitus ja tavoitteet sekä tutkimuskysymykset 3.1 Tarkoitus ja tavoitteet Tutkimuksen tarkoituksena on vertailla eri lämmöntuotantovaihtoehtojen kannattavuutta viljankuivauksessa kolmella eri maatilalla. Vertailun pohjalta laaditaan toimenpidesuositukset, joita maatilat voivat hyödyntää investointisuunnitelmissa. Opinnäytetyön tavoitteena on löytää kullekin tilalle soveltuva, kannattava ratkaisu öljyn korvaamiseksi uusiutuvalla energialla. 3.2 Aiheen rajaus Opinnäytetyö rajataan siten, että tutkimukseen valitaan kolme kohdemaatilaa, jotka ovat kiinnostuneita uusiutuvan energian käytöstä. Tutkimuksessa lämmöntuotanto vaihtoehdoiksi valitaan lämpökontti, etu-uuni ja lämpökeskus, jonka lämpöä hyödynnetään kuivauksessa radiaattorin avulla. Kuivauksessa käytettävän polttoaineen osalta aihe rajataan koskemaan kiinteitä polttoaineita ja ainoastaan haketta. Hake valitaan siksi polttoaineeksi, koska sille on helppo määrittää energiahinta ja se on tällä hetkellä edullisin kiinteä polttoaine. Lajittelujätteen ja energia viljankäyttö rajataan opinnäytetyön ulkopuolelle, koska tiloilta ei kartoiteta kertyvän lajittelujätteen määrää. 3.3 Tutkimusongelmat Tutkimuskysymykset ovat: 1. Onko kohde tilojen kannattavaa siirtyä käyttämään uusiutuvaa energiaa viljankuivauksessa tämänhetkisillä viljankuivausmäärillä? 2. Onko kohde maatilalla lisälämmön käyttö kannattavaa kylmäilmakuivurissa?

13 13 4 Tutkimuksen toteuttaminen 4.1 Aineisto Tutkimukseen valittiin kolme maatilaa, joilta hankittiin tarvittavat lähtötiedot tilavierailun yhteydessä tehdyillä haastatteluilla. Tilavierailut tehtiin marraskuun ja helmikuun välisenä aikana. Työssä tarvittavat hintatiedot hankittiin Internetaineistosta, laitevalmistajilta ja jälleenmyyjiltä. Tiloilta saadut tiedot tallennettiin Excel-taulukkolaskentaohjelmaan, joiden pohjalta laadittiin taulukkolaskentamalli. Mallin avulla määritettiin koko tilan lämmitykseen käytettävän energian kulutus. 4.2 Marjatila Tila on kasvinviljelytila, jolla viljellään rehu-, leipäviljaa ja vähän puutarhakasveja myyntitarkoitukseen. Tilalla on kaksi viljankuivaamoa, jotka ovat valmistuneet vuosina 2001 ja Uudempi viljankuivaamo on tilavuudeltaan 556 hehtolitraa ja vanhempi viljankuivaamo 200 hehtolitraa ja näissä käytettävien uunien tehot ovat 750 kilowattia ja 250 kilowattia. Tällä hetkellä kuivaamojen tarvitsema lämpö tuotetaan polttoöljyllä. Lisäksi tilalla on käytössä vanha 5:n kuutiometrin lavakuivuri pienempien viljaerien kuivaamiseen, jossa on 115 kilowatin ilmauuni. Lavakuivurilla suoritetaan myös rahtikuivausta lähialueen muille viljelijöille. Tilalla vuosittain kuivattava viljamäärä on noin 650 tonnia ja kuivauksessa kuluva öljymäärä on ollut noin 9000 litraa. Kuivauksen kokonaisenergian kulutus on noin kwh, jos kuivuriuunin hyötysuhde on 90 %. Muita lämmityskohteita tilalla ovat 220 m 2 asuinrakennus, jonka lämmitys on toteutettu ilmalämpöpumpun ja sähköpattereiden avulla. Rakennuksen vuotuinen energian kulutus on kwh. Tilan 200 m 2 konehallin energian kulutus on kwh ja 330 m 2 navetta, josta 50 m 2 alaa lämmitetään ympäri vuoden kuluttaa energiaa noin kwh. Lisäksi kevät aikaan tarvitaan kasvihuoneissa lämmitystä noin viiden viikon ajan maaliskuun lopusta toukokuuhun. Kasvihuo-

14 14 neet ovat pinta-alaltaan 680 m 2 ja 200 m 2. Kasvihuoneiden lämmityksessä kuluu energiaa kevät aikaan noin kwh Marjatilalle soveltuvat laitteistovaihtoehdot Tällä hetkellä markkinoilla olevien laitteistojen perusteella marjatilalle valikoitui kolme eri vaihtoehtoa, jotka on kuvattu alla. Lämpökontti Ensimmäinen vaihtoehto on lämpökontti, jossa on ilmauuni. Ilmauunilla on mahdollista saavuttaa 650 kw:n teho, jonka pitäisi riittää suurimman kuivurin tarpeisiin. Lämpökontti sisältää hakkeenpolttoon soveltuvan laitteiston ja 16 m 3 :n polttoainevaraston. Laitteiston arvonlisäveroton hankintahinta on Lämpökontille on mahdollista saada 15 %:n investointituki. 500 kw:n lämpökeskus Toinen vaihtoehto on rakentaa 500 kw:n lämpökeskus, jolla voidaan tuottaa osa kuivaamon tarvitsemasta lämmöstä radiaattorin avulla. Lopullinen kuivaus lämpötila saavutetaan öljyuunin avulla. Lämpökeskusta voidaan käyttää kuivauskauden ulkopuolella maatilan muiden rakennusten ja lämmityskohteiden lämmittämiseen. Lämpökeskuksen lämmön hyödyntäminen kasvihuoneiden ja konehallin lämmityksessä mahdollistaa edullisemman polttoaineen käytön, jolla voidaan korvata nyt käytössä olevaa öljyä. Lämpökeskuksen hintana laskelmissa käytetään (alv. 0 %) (Agrimarket 2013). Lisäksi kuivaamolle tarvitaan radiaattori, jonka veroton hinta on noin Lämmityskohteiden liittäminen lämpökeskukseen vaatii 225 metriä lämpökanaalia, jonka rakentamiskustannukseksi tulee noin (alv. 0 %) (Energiateollisuus 2011). Kanaalihävikin minimoimiseksi tulee lämpökeskus sijoittaa mahdollisimman lähelle lämmityskohteita. Yksi lämpökeskuksen mahdollinen sijoituspaikka on esitetty myöhemmin kuvassa (kuva 5). Rakentamiseen on mahdollista saada 35 %:n investointiavustusta.

15 15 1 MW:n lämpökeskus Kolmas vaihtoehto on rakentaa yhden megawatin lämpökeskus, jolla voidaan tuottaa lämpöä molempien kuivaamoiden tarpeisiin. Kuivauskauden ulkopuolella lämpöä voidaan hyödyntää muissa maatilan lämmityskohteissa. Yhden megawatin lämpökeskuksen hankintahintana laskelmissa käytetään (alv. 0%) (Agrimarket 2013). Lisäksi hankitaan radiaattorit, joiden hinta on yhteensä ja lämpökanaali kustannus on noin Investointiin on mahdollista saada 35 %:n avustusta Seuraavana esitetty mahdollinen lämpökeskuksen sijoituspaikka ja lämmityskohteiden sijainti (kuva 5). Kuva 5. Lämpökeskuksen mahdollinen sijoituspaikka. Kuvassa kuivurit on merkitty luvuilla 1 ja 2. Asuinrakennus 3, navetta 4, konehalli 5, kasvihuoneet 6 ja 7. Lämpökanaalin mahdollinen linjaus on merkitty harmaalla viivalla Marjatilan Vaihtoehtojen vertailu Vaihtoehtoja vertailtiin tarkoitusta varten laaditun taulukkolaskentamallin avulla. Perustana tässä käytettiin likimääräistä annuiteettimenetelmää. Mallin avulla saaduista vuosittaisista kustannuksista vähennettiin käytettävän energian muutoksesta aiheutuva säästö. Jos tästä saatu luku oli positiivinen on investointi

16 16 kannattava, jos taas arvo jää negatiiviseksi ei investointi ole kannattava kyseisessä tapauksessa. Taulukossa 1 on esitetty laskelmassa käytetyt yleiset oletukset ja lähtöarvot. Taulukko 1. Marjatilan laskelmassa käytetyt yleiset lähtöarvot Poistoaika 10 v Korko 5 % Kunnossapito ja vakuutus 1,50 % Jäännösarvo 0 % hankintahinnasta Osto energian säästö 90 /MWh Lisätyötunnin hinta 20 /h Kuivurin teho 750 kw Energiankulutus kuivauksessa kwh Sähkönkulutus 17,6 kwh/mwh Sähkön hinta 0,13 /kwh Öljyn hinta 0,9 /l Öljykäytön hyötysuhde 90 % Kuivattava viljamäärä 650 tn Kuivausenergian kulutus 122 kwh/tn Kanaalin pituus 225 M Taulukko 2. Marjatilan laskelmissa käytetyt lähtötiedot Vaihtoehto Lämpökontti Lämpökeskus 500 kw Lämpökeskus 1MW Energian kulutus kuivauksessa kwh Energian kulutus muissa kohteissa kwh Kanaalihukka Polton vuosihyötysuhde 0,85 0,85 0,85 Kokonaisenergiankulutus kwh Energiavaraston tilavuus m Energiavaraston tilavuus kwh (800 kwh/m 3 ) Täyttökertoja Täytön lisätyö ( 1,25 h /täyttö) 8,75 2,5 3,75 Nuohous ja huoltotyö h /vuosi Sikatila Tila on kotieläintila, jolla kasvatetaan lihasikoja. Sikalan vanhanosan pinta-ala on 450 m 2 ja uudemman 860 m 2, jonka lisäksi on 200 m 2 varasto ja käytävätilaa. Vanhemmassa osassa sikalaa on vesikiertoinen keskuslämmitys ja uuden sikalaosan karsinoissa on sähköllä toimiva lattialämmitys. Tilalla on rakennettu

17 17 vuonna 2007 lämminilmakuivuri. Viljankuivaamo on kooltaan 420 hehtolitraa ja uunin teho on 500 kilowattia. Keskimäärin vuodessa tilalla kuluu viljankuivauksessa öljyä noin litraa. Vuosittain kuivattava viljamäärä vaihtelee tonniin ja kaikki vilja käytetään tilalla. Tilalla suunnitellaan lähivuosina lämpimän konehallin rakentamista, joka tulisi olemaan kooltaan noin 300 m 2. Viljankuivauksen energian kulutukseksi saadaan noin kwh, kun oletetaan, että energiaa tarvitaan 122 kwh/viljatonni. Sikalan lämmönkulutukseksi saadaan maa- ja metsätalousministeriön rakentamissäädösten perusteella noin kwh.(mmm 2013b). Tulevaisuudessa rakennettavan lämpimän konehallin vuotuiseksi energian kulutukseksi saadaan samoilla ohjeilla noin kwh Sikatilalle soveltuvat laitteistovaihtoehdot Sikatilalle soveltuvia laitteisto vaihtoehtoja ovat lämpökontti, jossa on ilmauuni, etu-uuni ja 500 kw:n lämpökeskus. Vaihtoehdot on kuvattu alla seuraavasti. Lämpökontti Ensimmäinen vaihtoehto on lämpökontti, jossa on ilmauuni. Ilmauunilla on mahdollista tuottaa kuivaamon tarvitsema 500:n kw:n teho. Lämpökontti sisältää hakkeenpolttoon soveltuvan laitteiston ja 16m 3 :n polttoainevaraston. Laitteiston arvonlisäveroton hankintahinta on Lämpökontille on mahdollista saada 15%:n investointituki. Etu-uuni Toinen vaihtoehto on hankkia etu-uuni, joka kytketään öljyuunin etupuolella. Etu-uunin pakokaasut johdetaan vanhaan öljyuuniin poltinaukon kautta, jolloin öljyuuni toimii lämmönvaihtimena. Järjestelmä on helposti muutettavissa takaisin öljykäyttöiseksi. Laitteiston verottomana hintana laskelmissa käytetään Etu-uunin hankintaan on mahdollista saada 15 %:n investointituki.

18 18 Lämpökeskus ja sikalan lämmitys Kolmas vaihtoehto on rakentaa 500 kw:n lämpökeskus, jonka lämpöä hyödynnetään radiaattorin avulla viljankuivauksessa ja kuivauskauden ulkopuolella sikalan lämmityksessä. Lämpökeskuksen hintana laskelmissa käytetään (alv. 0%). Lisäksi kuivaamolle hankitaan radiaattori, jonka hintana pidetään (alv. 0%). Lämmityskohteiden yhdistämisestä aiheutuu noin :n kanaalikustannus. Lämpökeskus, jolla lämmitetään sikalaa ja konehallia Neljäs vaihtoehto on samanlainen kuin edellä kuvattu lämpökeskus vaihtoehto. Tässä vaihtoehdossa lämmityskohteiden osalta on laskelmiin otettu mukaan suunnitteilla oleva lämmin konehalli. Kustannukset ovat muuten samankaltaiset kuin edellä, mutta lämpökanaalikustannusta kertyy yhteensä noin Kuva 6. Uuden lämpökeskuksen mahdollinen sijoituspaikka. Kuvassa sikala merkitty luvulla 1 ja kuivuri luvulla 2. Lämpökanaalien sijoitus on merkitty harmaalla viivalla.

19 Sikatilan vaihtoehtojen vertailu Vaihtoehtoja vertailtiin tarkoitusta varten laaditun taulukkolaskentamallin avulla. Perustana tässä käytettiin likimääräistä annuiteettimenetelmää. Mallin avulla saaduista vuosittaisista kustannuksista vähennettiin käytettävän energian muutoksesta aiheutuva säästö. Jos tästä saatu luku oli positiivinen on investointi kannattava, jos taas arvo jää negatiiviseksi ei investointi ole kannattava kyseisessä tapauksessa. Seuraavana taulukossa esitetty laskelmassa käytetyt yleiset oletukset ja lähtöarvot. Taulukko 3. Sikatilan laskelmassa käytetyt yleiset lähtöarvot Poistoaika 10 v Korko 5 % Kunnossapito ja vakuutus 1,50 % Jäännösarvo 0 %hankintahinnasta Osto energian säästö 90 /MWh Lisätyötunnin hinta 20 /h Kuivurin teho 500 kw Energiankulutus kuivauksessa kwh Sähkönkulutus 17,6 kwh/mwh Sähkön hinta 0,13 /kwh Öljyn hinta 0,9 /l Öljykäytön hyötysuhde 90 % Kuivattava viljamäärä 600 tn Kuivausenergian kulutus 122 kwh/tn Kanaalin pituus 70 m Taulukko 4. Sikatilan laskelmissa käytetyt lähtöarvot Etuuuni Lämpökeskus Lämpökeskus Vaihtoehto Lämpökontti ja sikala ja konehalli Energian kulutus kuivauksessa kwh Energian kulutus muissa kohteissa kwh Kanaalihukka kwh Polton vuosihyötysuhde 0,85 0,85 0,85 0,85 Kokonaisenergiankulutus kwh Energiavaraston tilavuus m Energiavaraston tilavuus kwh (800 KWh/m3) Täyttökertoja Täytön lisätyö ( 1,25h /täyttö) 7,5 18,75 11,25 15 Nuohous ja huoltotyö h /vuosi

20 Lypsykarjatila Tila on kotieläintila, jolla harjoitetaan lypsykarjataloutta. Tilalla on peltoa noin 120 hehtaaria, josta viljaa on noin 60 hehtaarilla. Tilalla osa viljasta käytetään karjan ruokintaan ja loppuosa myydään rehuviljana. Karjan ruokintaan käytettävä vilja säilötään murskeviljana. Vuosittain myytävä vilja määrä on 120 tonnia. Tilalla on tällä hetkellä 100 m 2 :n kylmäilmakuivuri, jossa olisi mahdollista käyttää lisälämpöä vuonna 2008 valmistuneesta 100 kw:n hakelämpökeskuksesta Lypsykarjatilan viljankuivaus vaihtoehdot Viljankuivaus vaihtoehdoiksi tilalla tulisi kysymykseen lisälämmön käyttö kylmäilmakuivurissa tai ostaa kuivauspalvelu tilan ulkopuolelta. Omaa lämminilmakuivuria tilan ei ole mielekästä rakentaa, sillä lypsykarjatuotantoa laajennettaessa murskesäilötyn viljan osuus kasvaa, jolloin vastaavasti vuosittain kuivattava ja myytävä rehuviljan määrä laskee. Lisälämmön hyödyntämiseksi kuivauksessa tarvitaan laiteinvestointeja noin Investointi koostuu radiaattorista, jonka hinta noin 1 000, ja 66 metristä lämpökanaalia, joka maksaa asennuksineen noin Lypsykarjatilan vaihtoehtojen vertailu Lypsykarjatilan osalta vertailtiin lisälämmön käytön kannattavuutta kuivauspalveluiden ostoon. Kuivauspalvelun hinta määritettiin Suomen viljavan palveluhinnaston mukaan (Suomen viljava 2012). Lisälämmön vaikutusta kuivauksen tehokkuuteen arvioitiin mollier-diagrammin avulla (liite 1). Seuraavalla sivulla on esitetty laskelmissa käytetyt oletusarvot

21 21 Taulukko 5. Lypsykarjatilan laskelmissa käytetyt yleiset lähtöarvot Poistoaika 10 v Korko 5 % Kunnossapito ja vakuutus 1,50 % Jäännösarvo 0 % hankintahinnasta Lisätyötunnin hinta 20 /h Investoinnit Kuivauskustannus vieraalla 0,027 /kg Sähkönhinta 0,13 /kwh Lisälämmön hinta 26 /MWh Taulukko 6. Lypsykarjatilan laskelmissa käytetyt lähtöarvot Puinti kosteus 21 % Tavoitekosteus 13 % Ulkolämpö 14 o C Suhteellinen ilmankosteus 70 % Kattilan teho 100 kw Lisälämpö 98,6 kw Vedensidonta ilman lisälämpöä 1,2 g/kg Ilmantiheys 14C lämmössä 1,21 kg/m3 Puhaltimen ilma määrä (vastapaine 250Pa) m3/h

22 22 5 Tulokset 5.1 Marjatilan tulokset ja herkkyysanalyysi Marjatilan tuloksissa on tarkasteltu eri investointivaihtoehtojen vuotuisia kustannuksia ja näiden aiheuttamaa säästöä verrattuna polttoöljyn käyttöön viljankuivauksessa. Tilan lähtötietojen perusteella vertailuun valikoituneiden vaihtoehtojen kustannukset on esitetty taulukossa alla (taulukko 7). Taulukko 7. Marjatilan vaihtoehtojen vertailu Vaihtoehto Lämpökontti Lämpökeskus 500 kw Lämpökeskus 1 MW Energian hinta /MWh Energiakustannus /v Poisto Korko kunnossapito ja vakuutus Lisätyötuntien hinta Sähkökustannus YHTEENSÄ Säästö öljystä Osto energian säästö (90 /MWh) Säästö /v Taulukon viimeinen rivi kuvaa vaihtoehdon aiheuttamaa säästöä. Kuten taulukosta voidaan huomata, saatu säästö on negatiivinen kaikilla vaihtoehdoilla. Tämän perusteella voidaan todeta, että yksikään vaihtoehto ei ole kannattava annetuilla lähtöarvoilla. Tilan lähtötiedot oli määritetty karkeasti, joten päätettiin laatia herkkyysanalyysi. Herkkyysanalyysillä tarkasteltiin kuivattavan viljamäärän, polttoöljyn ja poiston vaikutusta vaihtoehtojen kannattavuuteen. Vuosittain kuivattavan viljamäärän vaikutus säästöön, kun kuivattava viljamäärä vaihtelee 600 ja 1000 tonnin välillä, on esitetty taulukossa 8. Polttoöljyn hinnan vaikutus on esitetty taulukossa 9 ja poiston vaikutus taulukossa 10.

23 23 Taulukko 8. Marjatilalla vuosittain kuivattava viljamäärä kuivattava viljamäärä tn Lämpökontti Lämpökeskus Lämpökeskus 500 kw 1 MW Luvuista voidaan todeta, että kuivattava viljamäärä vaikuttaa merkittävästi vuotuiseen säästöön. Tästä huolimatta mikään vaihtoehdoista ei tule kannattavaksi edes 1000 tonnin kuivaus määrillä. Taulukko 9. Polttoöljyn hinnan vaikutus marjatilalla Öljyn hinta ( /l) Lämpökontti Lämpökeskus Lämpökeskus 500 kw 1 MW 0, , , , , , , Taulukosta voidaan huomata, että polttoöljyn hinnan noustessa 1,5 /l, tulee vaihto ehto A kannattavaksi tilan lähtöarvoilla. Muiden vaihtoehtojen osalta edes näin suuri hinnan nousu ei saa vaihtoehtoja kannattavaksi. Taulukko 10. Poistoajan vaikutus marjatilalla Poistoaika (v) Lämpökontti Lämpökeskus 500 kw Lämpökeskus 1 MW

24 24 Taulukon lukujen perusteella voidaan todeta, että poistoajan nostaminen kymmenestä vuodesta kahteenkymmeneen vuoteen ei saanut vaihtoehtoja kannattavaksi. 5.2 Sikatilan tulokset ja herkkyysanalyysi Sikatilan lähtötietojen perusteella vertailuun valittujen vaihtoehtojen kustannukset on esitetty taulukossa alla (taulukko 11). Taulukko 11. Sikatilan vaihtoehtojen vertailu Vaihtoehto Lämpökontti Etu-uuni Lämpökeskus Lämpökeskus ja sikala ja konehalli Energian hinta /MWh Energiakustannus /v Poisto Korko Kunnossapito ja vakuutus Lisätyötuntien hinta Sähkökustannus YHTEENSÄ säästö öljystä kuivauksessa osto energian säästö muissa kohteissa (90 /MWh) Säästö /v Laskelmien perusteella voidaan päätellä, että annetuilla lähtöarvoilla vaihtoehto, jolla lämmitetään konehallia ja sikalaa on kannattava. Lähtötietojen karkean määrityksen takia päädyttiin laatimaan herkkyysanalyysi, jossa tarkasteltiin kuivausmäärän, polttoöljyn hinnan ja poiston vaikutusta vuotuiseen säästöön. Kuivattavan viljamäärän vaikutusta on tarkasteltu taulukossa 12. Taulukko 12. Sikatilalla kuivattava viljamäärä Kuivattava viljamäärä tn Lämpökontti Etu-uuni Lämpökeskus ja sikala Lämpökeskus ja konehalli

25 25 Laskelmien perusteella voidaan päätellä, että lämpökeskus, jolla lämmitetään konehallia ja sikalaa on kannattava jo tilan tämänhetkisellä 600:n tonnin kuivausmäärällä. Etu-uunivaihtoehto tulee kannattavaksi jo 700 tonnin kuivausmäärällä ja lämpökeskus vaihtoehto, jolla lämmitetään sikalaa tulee kannattavaksi 800:n tonnin kuivausmäärällä. Sen sijaan lämpökonttia ei saada kannattavaksi edes tonnin kuivausmäärällä. Taulukko 13. Polttoöljyn hinnan vaikutus Sikatilalla Öljyn hinta Lämpökontti Etu-uuni Lämpökeskus ja sikala Lämpökeskus ja konehalli 0, , , , , , , Yllä olevan taulukon perusteella, voidaan havaita, että lämpökeskus vaihtoehto, jolla lämmitetään konehallia on kannattava jo 0,9 :n litrahinnalla. Etu-uuni vaihtoehto tulee kannattavaksi, kun polttoöljyn hinta nousee 1 /l:lta. Lämpökeskus vaihtoehto, jolla lämmitetään sikalaa saadaan myös kannattavaksi, kun polttoöljyn hinnaksi tulee 1,1 /l:lta. Lämpökonttia ei saada tässäkään tapauksessa kannattavaksi. Taulukko 14. Poiston vaikutus sikatilalla Poistoaika Lämpökontti Etu-uuni Lämpökeskus ja sikala Lämpökeskus ja konehalli Kiinteiden kustannusten jakaminen useammalle vuodelle poistoaikaa pidentämällä saa etu-uunin ja toisen lämpökeskus vaihtoehdon kannattavaksi 12 vuoden poistoajalla. Lämpökeskus vaihtoehdolla, jolla lämmitetään konehallia kan-

26 26 nattavuus saavutetaan 10 vuoden poistoajalla. Lämpökonttia ei saada kannattavaksi edes 20 vuoden poistoajalla. 5.3 Lypsykarjatilan tulokset ja herkkyysanalyysi Lypsykarjatilan vaihtoehtojen kustannukset on esitetty taulukossa 15. Taulukko 15.Lypsykarjatilan vaihtoehtojen vertailu Vaihtoehto Lisälämpö Ostokuivaus Lisä energiakustannus Poisto Korko Kunnossapito ja vakuutus Lisätyötuntien hinta 60 - Ostokuivaus Sähkökustannus Kustannukset yhteensä Laskelmien perusteella voidaan päätellä, että tilan lähtöarvoilla lisälämmön käyttö viljankuivauksessa tulee huomattavasti halvemmaksi verrattuna kuivauspalvelun ostoon. Tuloksien perusteella laadittiin herkkyysanalyysi, jossa tarkasteltiin rajaa jossa lisälämmön käyttö ei ole enää kannattavaa. Taulukko 16. Lypsykarjatilalla kuivattava viljamäärä Viljamäärä, tn Lisälämpö Yllä olevasta taulukosta voidaan päätellä, että 120:n tonnin kuivausmäärällä investointi on varsin kannattava. Investointi saadaan kannattavaksi jo 60 tonnin kuivausmäärällä.

27 27 6 Toimenpidesuositukset ja jatkotutkimusaiheet 6.1 Marjatilan toimenpidesuositukset Marjatilan osalta tulosten perusteella voidaan päätellä, että nykyisellä kuivaamon käyttömäärällä ja investointien hankintahinnalla ei ole kannattavaa siirtyä käyttämään uusiutuvaa energiaa viljankuivauksessa. Viljankuivaus uusiutuvalla energialla olisi mahdollista saada kannattavaksi, jos investoinnit pystyttäisiin toteuttamaan huomattavasti halvemmalla. Halvemmat investointikustannukset ovat mahdollisia, jos rakentamisessa käytetään omaa työtä ja laitehankinnat onnistutaan kilpailuttamaan tehokkaasti. Marjatilan tapauksessa edullisimman ilmauuniratkaisun investointikustannus saisi olla enintään , että investointi saataisiin kannattavaksi nykyisellä kuivausmäärällä. Näin edullisiin kustannuksiin on kuitenkin käytännössä mahdotonta päästä. 6.2 Sikatilan toimenpidesuositukset Sikatilalla kannattavimmaksi vaihtoehdoksi tulisi lämpökeskus vaihtoehto, jolla lämmitetään sikalaa ja konehallia. Vaihtoehdossa lämpöä hyödynnettiin sikalan lämmityksessä ja tulevaisuudessa rakennettavassa konehallissa. Myös toisella lämpökeskus vaihtoehdolla saavutettiin tilan lähtötiedoilla helposti kannattavuus, kun vuosittain kuivattava viljamäärä nousee 800 tonniin, joka tilan olosuhteissa on mahdollista. 6.3 Lypsykarjatilan toimenpidesuositukset Lypsykarjatilan tietojen perusteella lisälämmön hyödyntäminen kylmäilmakuivurissa olisi kannattavaa verrattuna kuivauspalveluiden ostoon. Tilan olosuhteissa tämänhetkistä pienempikin kuivausmäärä, noin 60 tonnia, riittää saamaan vaihtoehdon kannattavaksi. Tätä pienemmille viljamäärille kuivauspalvelut kannattaa vielä ostaa.

28 Vertailu aiempiin tutkimuksiin Tulokset olivat samansuuntaiset kuin MTT:llä tehdyt tulokset. Tässä työssä käytettyjen investointien arvo oli yli kaksinkertainen verrattuna MTT:n vuonna 2010 tekemiin laskelmiin. Tämän perusteella polttoöljyn hinnan tulisi olla myös yli kaksinkertainen, että vaihtoehdot saadaan kannattaviksi. 6.5 Jatkotutkimusaiheet Jatkotutkimuksena voisi aiheeseen liittyen kartoittaa tiloilta kertyvän energia viljan ja lajittelujätteen määrän. Tämän perusteella voisi laatia vastaavat laskelmat kuin tässä opinnäytetyössä, mutta tarkasteluun otettaisiin mukaan edellä mainitut polttoaineet. Lisäksi laitteistohintoja voisi hankkia useammalta laitevalmistajalta, jolloin tulokset olisivat tarkemmat, koska tässä työssä on tarkasteltu vain kolmen erilaisen valmistajan tuotteita. Viljankuivauskäyttöön soveltuvia uusiutuvia polttoaineita on hakkeen ja pelletin lisäksi muitakin, joiden käyttöä kuivaamon lämmönlähteenä kannattaisi selvittää. Esimerkkinä voidaan mainita bioöljy ja olki tai ruokohelpi. Näiden lisäksi voisi tarkastella aurinkoenergian käyttömahdollisuuksia, sillä jo muutaman lämpöasteen nousu kuivaamon imuilmassa aiheuttaa säästöjä.

29 29 Lähteet Ahokas, J. & Hautala, M Maatilakuivurit Agrimarket Petri Härkönen. Puhelin ja sähköpostikeskustelut Anttiteollisuus agrosec-bioheaters.html Pekka Rämö. Puhelinkeskustelu Arska-metalli Biofire periaatteet/ Energiateollisuus ukse t_2011.pdf Hake =article&id=48&itemid= MMM. 2013a Uy GW/L10-rmoC22-01.pdf MMM. 2013b wwa lz/l9-rmoc21-01.pdf Lötjönen, T. & Kässi, P Puupelletti =article&id=49&itemid= Koskiniemi, E. (toim) Viljankuivaus kotimaisella polttoaineella - opas ProAgria Maaseutukeskusten Liitto Viljasadon käsittely ja käyttö. Tieto tuottamaan 108. Keuruu. Oulun seudun ammattiopisto tm Sinkko, T., Hakala, K. & Thun, R Biopolttoaineiden raaka-aineiksi viljeltävien kasvien aiheuttamat kasvihuonepäästöt Suomessa Suomen viljava _2012.pdf

30 Liite 1 1 (1)